鹽析-萃取工藝分離2－甲基咪唑母液的研究

張 譯，丁一剛，楊昌炎，樂武陽，吳禎禎

（武漢工程大學 化工與制藥學院 湖北省新型反應器與綠色化學工藝重點實驗室綠色化工過程省部共建教育部重點實驗室，湖北 武漢 430073）

工程師園地

鹽析-萃取工藝分離2－甲基咪唑母液的研究

張 譯，丁一剛，楊昌炎，樂武陽，吳禎禎

（武漢工程大學 化工與制藥學院 湖北省新型反應器與綠色化學工藝重點實驗室綠色化工過程省部共建教育部重點實驗室，湖北 武漢 430073）

研究了2－甲基咪唑母液的鹽析-萃取法分離工藝。考察了NaOH、NaCl的濃度、萃取溫度3個因素對2－甲基咪唑萃取率的影響，通過單因素實驗和正交實驗確定最佳分離條件為：NaOH濃度為2.5mol·L-1（NaOH的摩爾數：母液濃縮后體積，下同），NaCl濃度為2.6mol·L-1，萃取溫度為70℃，此時，萃取率為83.74%。鹽析-萃取法分離2－甲基咪唑母液具有工藝簡單、回收率高、成本低等特點，是適用于工業化生產的一種能有效分離2－甲基咪唑母液的方法。

鹽析-萃取；2－甲基咪唑；正交實驗

Abstract:The technology of the separation of 2-methylimidazole from 2-methylimidazole mother liquor by salting-out extraction was investigated.The effects of NaOH and NaCl concentration,the temperature on the extraction rate of 2-methylimidazole were studied．Through single factor experiment and orthogonal experiment,the optimum separation conditions were determined as follows:the NaOH concentration was 2.5mol·L-1（the mol of NaOH:the volume of concentrated mother liquor）,the NaCl concentration was 2.6mol·L-1and the extraction temperature was 70℃ ．Under above conditions,the rate of extraction was 83.74% ．The salting-out extraction can separate 2-methylimidazole from 2-methylimidazole mother liquor in higher extraction rate with simple process and less cost．It is a effectiveway to separate 2-methylimidazolemother liquor in industrialized production．

Key words:salting-out extraction;2-methylimidazole;orthogonal test

2－甲基咪唑是一種重要的精細化工產品，用于生產甲硝唑、二甲硝咪唑等藥物中間體，也可用作環氧樹脂等固化劑，纖維織品染料的輔助劑。另外，在制備泡沫塑料中也可用作添加劑。現在工業上一般用結晶的方法對2－甲基咪唑母液進行分離，經過兩次結晶后產品能達到技術指標要求，但經兩次結晶后的母液仍含有大量2－甲基咪唑，如再進行第三次結晶，產品純度低、色度深、收率低，很難達到其技術指標要求。本文采用鹽析-萃取[1，2]的方法對2－甲基咪唑母液進行分離，并對影響2－甲基咪唑母液分離的諸多因素進行考察，經篩選得到了最佳的鹽析－萃取分離工藝。

1 實驗部分

1.1 主要試劑、原料及儀器

苯、NaOH、NaCl、AgNO3、NH3·H2O、濃 HNO3、硫酸鐵（Ш）銨、NH4SCN均為分析純。

實驗原料為湖北某企業提供的含19%～20%（質量比）2－甲基咪唑母液，該母液是由乙二醛、乙醛和氨水經環合反應后得到。

集熱式恒溫加熱磁力攪拌器；電動機；循環水式真空泵；分析天平；電熱鼓風干燥箱；真空干燥箱。

1.2 流程及方法

1.2.1 實驗流程 本實驗采用鹽析-萃取工藝分離2－甲基咪唑母液，其原理是利用鹽析效應使過飽和的2－甲基咪唑從母液中析出，析出的2－甲基咪唑晶體不純物用苯進行萃取。

向含量為19%～20%的2－甲基咪唑母液中加入鹽析劑，鹽析劑由NaOH和NaCl組成，于室溫、攪拌的條件下鹽析15min，抽濾，濾渣用一定量的苯萃取，得到苯層，對苯層進行減壓蒸餾蒸，蒸出的苯循環再利用，蒸出苯后的晶體于真空干燥3h后，得2－甲基咪唑產品。其工藝簡圖見圖1。

圖1 鹽析—萃取工藝的工藝簡圖Fig.1 Technologic chatof salting-outextraction

1.2.2 分析方法 2－甲基咪唑含量采用Q/LH.J0202－95企業標準進行分析，該分析方法采用硫氰酸銨標準溶液反滴與2－甲基咪唑未反應完的Ag+，以硫酸鐵（Ш）銨溶液為指示劑。

2 結果與討論

2.1 NaOH的濃度對萃取率的影響

取相比（O/W，苯的體積與2－甲基咪唑母液濃縮前的體積之比，下同）2∶1；萃取溫度70℃；萃取時間 30min；NaCl的濃度 2.91mol·L-1，考察 NaOH 的濃度對萃取率的影響，結果見圖2。

圖2 NaOH的濃度對萃取率的影響Fig.2 Effectof NaOH concentration on extraction rate

由圖2可知，當NaOH濃度小于2.5mol·L-1時，萃取率隨著NaOH的濃度的增大而上升。而NaOH的濃度達到2.5mol·L-1時，萃取率已達到80%以上。再加入NaOH，萃取率上升已不明顯。NaOH的加入量過大時，溶液中的NaOH已達到飽和，起鹽析作用的是溶解于母液的NaOH，而溶解于母液的NaOH的量不再增加，故當NaOH的加入量達到一定量時，再加入NaOH，萃取率上升已不明顯。

2.2 NaCl的濃度對萃取率的影響

萃取相比2∶1；萃取溫度70℃；萃取時間30min；NaOH 濃度 2.49mol·L-1，考察 NaCl的濃度對萃取率的影響，結果見圖3。

圖3 NaCl的濃度對萃取率的影響Fig.3 Effectof NaCl concentration on extraction rate

由圖3可知，萃取率隨著NaCl濃度的增大而上升。當NaCl濃度達到2mol·L-1時，萃取率已達到80%以上。再加大NaCl的濃度，萃取率上升已不明顯。NaCl的加入量過大時，溶液中的NaCl已達到飽和，起鹽析作用的是溶解于母液的NaCl，而溶解于母液的NaCl的量不再增加，故當NaCl的加入量達到一定量時，再加入NaCl，萃取率上升已不明顯。

2.3 萃取溫度對萃取率的影響

萃取相比 2∶1；萃取時間30min；鹽析劑2.00mol·L-1NaCl，2.50mol·L-1NaOH，考察萃取溫度對萃取率的影響，結果見圖4。

圖4 萃取溫度對萃取率的影響Fig.4 Effectof extraction temperature on extraction rate

由圖4可知，萃取率隨著萃取溫度的升高而上升。當溫度上升到70℃時，萃取率超過了80%，苯開始沸騰。繼續提高溫度，萃取劑會有所損失。實驗選擇萃取溫度為55～70℃。

2.4 正交實驗及方差分析

在單因素實驗的基礎上，以NaOH濃度、NaCl濃度、萃取溫度為影響因素，以萃取率為考察指標進行L9（33）正交實驗，其因素水平見表1，實驗數據見表2，對實驗數據進行方差分析的結果見表3。

表1 因素水平表Tab.1 Factors and levels

表2 實驗數據Tab.2 Date of experiment

表3 方差分析表Tab.3 Analysis of variance

由表3可以看出，在顯著水平a=0.1下，NaOH濃度，NaCl濃度影響顯著，萃取溫度影響較弱。各因素對萃取率的影響主次順序為：NaCl濃度＞NaOH濃度＞萃取溫度。綜合單因素實驗和正交實驗結果的方差分析，最佳的工藝條件為A3B3C3，即NaOH濃度為 2.5mol·L-1，NaCl濃度為 2.6mol·L-1，萃取溫度為70℃。補做該條件下的實驗，萃取率為83.20%，比表2中所有條件下的萃取率都高。

重復實驗：在最佳的工藝條件下，即NaOH濃度為 2.5mol·L-1，NaCl濃度為 2.6mol·L-1，萃取溫度為70℃，重復進行3次實驗，萃取率分別為83.20%、83.92%和84.10%，產品平均萃取率達到83.74%。

3 結論

（1）鹽析-萃取工藝分離2－甲基咪唑母液的最佳工藝條件為：NaOH 濃度為 2.5mol·L-1，NaCl濃度為2.6mol·L-1，萃取溫度為70℃，該工藝條件下萃取率達到83.74%。

（2）鹽析-萃取工藝分離2－甲基咪唑母液，具有回收率高、成本低廉，是適用于工業化生產的一種能有效分離2－甲基咪唑母液的方法。

（3）鹽析-萃取法實驗重現性好，是一種理想的分離2－甲基咪唑母液的方法。

［1］管國鋒，徐晨，姚虎卿.絡合萃取法分離多元羧酸鹽析效應的研究［J］.化工環保，2004，24（4）：240-243．

［2］YAOZhong，LIJia-huang，WEIPing,et al.Salteffectin organic solvent extraction of pyruvic acid［J］.J.Chem.Eng.of Chinese Univ.，2001，15（6）：587-590.

Study of separation of 2-methylim idazole from 2-methylim idazolemother liquor by salting-out extraction

ZHANG Yi,DING Yi-gang,YANG Chang-yan,YUEWu-yang，WU Zhen-zhen
（School of Chemical Engineering＆ Pharmacy，Hubei Key Lab.of Novel Reactor&Green Chemical Technology，Key Lab.for Green Chemical Process of Ministry of Education，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430073,China）

TQ460.4

A

1002-1124（2011）02-0065-03

2010-12-03

張 譯（1985-），男，湖北仙桃人，在讀碩士研究生，師從丁一剛教授，研究方向：化工分離技術。

導師簡介：丁一剛，博士，現為武漢工程大學化學工程學科創新團隊責任教授，武漢工程大學化工與制藥學院副院長，曾主持過國家自然科學基金項目、國家高技術研究發展計劃(863計劃)項目、國家“十一五”科技支撐計劃項目等，現從事超臨界流體技術，濕法磷酸凈化技術、熱壓敏材料合成，以及納米鈦酸鍶合成等方面的研究工作。